近坝岸坡滑坡涌浪演化规律及工程影响模拟

近坝库区滑坡涌浪严重威胁大坝及周边人员安全,明晰库区涌浪演化规律是该类型灾害预警的首要任务。以黄河上游某水电站工程大坝左岸4号倾倒变形体为对象,建立了基于Flow-3D Hydro原型尺度三维数值模型,分析了4号倾倒变形体不同部位原位失稳时的涌浪特性及传播演化特性。结果表明：近坝岸坡4号倾倒变形体失稳产生的涌浪类型为弱非线性震荡波,这种波型经过演化后往往次生波表现出最大波高、最大爬高等特征;如果将4号倾倒变形体分不同部位原位失稳,多宗龙洼沟侧整体下滑对坝前及坝下游建筑物无影响,可不做工程处理;但黄河侧原位整体下滑时,右坝肩最大浪高14.19 m,左坝肩最大浪高16.40 m,坝前爬坡高程约至3 009.00 m,超过防浪墙顶高程,严重危害面板堆石坝的安全,需要进一步的工程减灾措施。该研究成果可为库区滑坡涌浪灾害预警提供技术支撑。     

滑坡涌浪的初始形态及其衰减规律的研究

通过滑坡涌浪模型试验,运用高速摄像机记录滑坡入水形成涌浪的过程,并采用多功能监测系统测量滑坡涌浪形成后沿程传播的水位变化过程线,揭示了滑坡涌浪的初始运动形态特征和衰减变化规律。由于滑坡体的高速入水,水体的形态从冲溅形态发展到前涌形态再到后溃形态,伴随着冲溅形态水体的大片落下、前涌形态水体的前涌和后溃形态水体的向后溃倒,最终形成初始形态的涌浪。创新性地引入涌浪初始形态Froude数,并据其数值范围将涌浪的初始形态分为三种形态:常规涌浪、推移涌浪、跃冲涌浪。在运动的过程中,常规涌浪衰减为波形较稳定的波;推移涌浪将慢慢地衰减为常规涌浪;跃冲涌浪先衰减为推移涌浪再衰减为常规涌浪。     

库区滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用机理研究

库区滑坡涌浪可能危及大坝及下游安全,基于流体动力学的滑坡涌浪数值模拟可获得完整的分析数据,将成为研究滑坡涌浪与大坝作用过程的重要手段。本文以某大坝上游约1300 m的3#变形体滑坡涌浪为研究对象,建立库区三维滑坡涌浪数值模型,并通过水工物理模型试验对其模拟精度和有效性进行了验证。研究结果表明,数值模拟得出的涌浪高度变化、水面起伏过程与水工物理模型试验结果基本一致,数值模拟能反映滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用的整个过程。最后基于数值模拟获得的数据,分析了滑坡涌浪与大坝作用过程,以及坝面动水头与坝前涌浪高度的变化关系。分析认为,库区水体反复震荡、叠加而形成的涌浪对下游沿岸安全危害可能更大,大坝坝顶及下游有必要采取避险措施;最大动水头小于涌浪高度,若采用静力方法计算分析坝体稳定应力,其结果偏于安全。     

不同类型滑坡涌浪波爬坡的实验研究

该文采用二维水槽实验对不同类型滑坡涌浪波的爬坡特性进行了研究,对涌浪波的类型、对不同类型涌浪波波速与水深和波长等关系进行了分析。并分析了不同类型涌浪波爬坡破碎情况及判别方法,对不同类型涌浪波的爬坡高度与已有经验公式进行了对比,对公式的精度及适用范围进行了分析。结果表明：滑坡涌浪波首波表现出不同的波浪类型,主要为浅水波至中等水深波范围,其中耗散涌波为强非线性波,其波速大于孤立波波速;非线性过渡波波速接近于孤立波波速;弱非线性震荡波波速接近于线性波理论波速。非线性过渡波和弱非线性震荡波可采用已有的破碎判别方法判别其爬坡破碎情况。但已有的爬高预测公式不能适用于所有类型滑坡涌浪波爬坡预测,特别是对于弱非线性震荡波,其预测精度均较低,对此未来需要进一步展开研究。     

一种改进的滑坡涌浪动力学模型

滑坡涌浪是库区最常见的自然灾害之一,为了对库区滑坡涌浪的灾害范围进行更加准确、高效的模拟,基于Sassa滑坡运动模型、COMCOT海啸模型及其开源有限差分程序、流体力学建立了流动性滑坡涌浪动力学模型.为了使模型能更好地反映滑坡涌浪的实际运动,模型考虑了滑坡涌浪的强烈耦合作用力、波浪破碎等因素对滑坡涌浪运动的影响,并通过...     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

将滑坡体概化为滑块,并给定其水下运动规律,利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发,模拟了滑块入水产生的涌浪性质,并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。仿真结果表明:若将滑坡概化为滑块,在给定水下运动形式下,产生的涌浪性质与孤立波类似,即涌浪只影响水面以下一定范围,对水底影响不大;涌浪顺水流方向的运动对动压起主要贡献;首浪在传播过程中涌浪波幅会减小而波宽会增大,且波高沿着传播方向其衰减速率在逐渐变小;滑块排挤的库区水体体积小于自身体积;小体积的滑坡对大库容的水库影响程度很小。对比分析不同体积滑坡激发涌浪翻坝的过程发现,滑块体积越大,激发的涌浪传播速度越快,高度越高,形成的翻坝流量越大,对下游的危害性越大。     

水库滑坡涌浪爬坡特征试验研究

由滑坡引起的涌浪灾害不仅严重威胁航运安全,还会冲毁码头、大坝等水工建筑物并造成沿岸居民生命财产的损失。采用物理模型试验的方法对散粒体滑坡涌浪的爬坡特性开展了研究。试验结果表明：影响涌浪爬坡高度的主要因素有滑坡入水速度、滑坡体规模、滑动面倾角、水深、传播距离和爬坡角度等;当涌浪远场传播形态类似椭圆余弦波或孤立波时,涌浪爬坡高度较高,岸坡处水流紊动剧烈,涌浪对岸坡的破坏能力也最强。根据试验结果还建立了近岸坡处涌浪最大波幅计算模型,并结合经典波浪爬坡经验公式推导出了新滑坡涌浪爬坡高度计算公式。以长江新滩滑坡为例,验证了新涌浪爬坡高度计算公式的精度。研究结果能为实际工程中可能存在的滑坡涌浪爬坡灾害范围预测和涌浪避险方案制定等提供一定参考。     

基于物理模型试验的库区岩质滑坡涌浪爬高研究

库区滑坡涌浪会对附近岸坡造成不利影响,可能引发次生灾害。以岩质滑坡涌浪对岸坡的影响演变过程为研究对象,建立了相似比1∶70的三峡库区典型河道滑坡涌浪的三维地质力学模型,研究了滑坡体宽度、厚度、滑面倾角等27组不同组合工况下的滑坡涌浪爬高规律,提出了适用于岩质滑坡涌浪爬高估算公式。结果表明,涌浪爬高随着滑坡体宽度、厚度、滑面倾角增大而呈现不同幅度的增加,滑坡体宽度对涌浪爬高的影响最为显著,其次为滑坡体厚度和滑面倾角;现有波浪爬高估算公式结果与岩质滑坡模型试验值存在较大差异,在试验基础上,提出了有关相对水深、波坦和岸坡角度的波浪爬高的估算公式,为库区岩质滑坡涌浪爬高估算提供理论基础。     

滑坡涌浪在渐溃水库中传播过程试验研究

通过模型试验的方法,对滑坡涌浪在渐溃水库中的传播过程进行重演。研究表明,溃坝过程导致的库区水深下降对涌浪的波高、波长和周期均有很大影响;溃坝和非溃坝条件下,涌浪高度随时间衰减趋势都是相似的;相比非溃坝情况,渐溃条件下涌浪传播到坝体时波高衰减幅度更少。     

某电站库区典型滑坡涌浪 传播数值模拟

选择某水电站近坝段的一个典型滑坡体作为研究对象,对天然河道建立数学模型进行涌浪传播过程的数值模拟,得到了涌浪沿河道传播衰减规律和涌浪淹没范围。结果表明涌浪传至坝址处一定高度时,不会对坝体安全产生破坏性影响,为库区移民和防灾减灾提供了参考依据。     

黄河龙羊峡工程近坝库岸滑坡涌浪及滑坡预警研究

龙羊峡水库近坝库岸南岸是半岩性土组成高陡岸坡，蓄水后可能产生高速滑坡激起巨大涌浪。研究工作内容有岸坡岩土特性、岸坡破坏机制、监测岸坡变形，预测今后１０年的变化，建立滑坡预警标准。     

库区滑坡涌浪试验研究综述

在对库区滑坡涌浪资料统计和分析的基础上,概述了库区滑坡涌浪典型实例及其危害。深入研究了已有的滑坡涌浪模拟技术和计算方法,并进行了分析评价。由于滑坡产生的涌浪特征与滑坡体本身的几何参数、运动方式、滑坡角度等众多因素有关,且不是单纯的线性关系,因此,从整体能量的角度考虑,提出了库区滑坡涌浪的实验室分类模拟方法。可为滑坡涌浪物理模型试验提供系统和完整的技术支撑。     

滑坡涌浪的数值模拟

推导了用于模拟滑坡涌浪的DIF方程,并采用非规则网格有限体积法和显式MacCormack预测-校正数值方法求解该方程,建立了滑坡涌浪数值模型。利用新滩滑坡涌浪原型观测资料对数值模型进行了验证。模拟的涌浪首浪高度、涌浪爬坡及涌浪的沿程传播规律与原型观测资料吻合较好。研究了计算结果的可视化及进一步分析了滑坡涌浪灾害,此研究成果可用于滑坡涌浪灾害的预报和防治。     

窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律

大比尺水工模型试验可获得更接近原型的相似现象,对窄深河谷近坝库区可能发生的整体大体积滑坡工况进行试验研究,结合三维数值模型分析滑坡次生涌浪的产生、传播和消散特性。研究结果表明:数值模型计算的浪高、相位与试验结果基本一致,库区涌浪类型属于有限水深波,波能沿水深方向均有分布;涌浪产生区附近非线性较强,受窄深地形影响,波高在传播过程中快速衰减,坝肩处涌浪叠加出现瞬时越浪;试验中涌浪近场波形只观测到弱非线性振荡波;试验范围内块体模型冲击动能转化率为2%~19%,滑块动能转化率与相对体积、相对厚度呈正相关,与滑块入水弗劳德数呈负相关;低频波受地形影响较大,在岸坡浅水区域出现波能的暂时集中,谱峰值增大,随时间推移库区水域高频波增多。对于窄深河谷中的大体积滑坡次生涌浪,尽管首浪波能受高陡边坡影响,传播至坝前时波高已明显削减,但坝前最大浪高往往由涌浪反射叠加形成,在首浪到达之后仍存在翻坝风险。     

谭家湾滑坡滑速计算及涌浪灾害研究

滑坡在地质灾害中占比大,造成的危害也大,尤其是产生的涌浪带来极大的损失。为了科学准确地分析滑坡涌浪灾害,文章以谭家湾滑坡为例,通过野外地质调查和监测资料,分析该滑坡潜在失稳的可能性;然后,基于考虑滑体入水的粘滞阻力的改进条分法进行滑速计算;最后,根据涌浪传播高度进行危险区等级划分,得到涌浪灾害危险区等级图。研究表明:谭家湾滑坡在145m水位时易发生失稳,滑动后的入水体积是264. 9×10~4m~3,最大滑动速度是25. 49m/s,将产生较大的涌浪灾害;然后根据涌浪传播高度进行危险区等级划分,确定危险区等级最大的范围是上游的巴东县漆树坪至下游秭归县坊家山村,以及爬坡浪高主要影响的村庄。     

滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究

随着我国逐步加快在长江中上游山区河流的水利水电和港口航道工程建设,内河库港在滑坡涌浪作用下,如何保证船舶系泊安全成为一个极其关键的问题。为了提高滑坡涌浪对内河库港运行安全影响程度的认识,以江南沱口直立式高桩码头为依托,选择内河3 000 t甲板驳船为研究对象进行物理模型试验。深入分析了滑坡涌浪作用下系泊船舶系缆力和撞击能的影响因素,以及波高、水深等因素影响下系泊船舶系缆力和撞击能的变化规律。结合规范和试验数据,得出了涌浪作用下船舶系缆力和船舶撞击能的经验计算式,确定了滑坡涌浪对内河库港船舶系泊安全的影响程度,并提出了相应的对策和意见。     

水库滑坡涌浪灾害的数值研究

应用一维数学模型、二维数学模型及混合数学模型,对水库滑坡涌浪灾害进行了分析研究。在此基础上研究了长江三峡库区的两个典型地段黄腊石滑坡及链子崖危岩体。结果表明：若滑坡一旦发生,都将对附近12 km左右范围内人民生命及财产造成相当严重的危害。     

滑坡涌浪首浪高度试验研究

为研究滑坡涌浪的形成与传播规律,采用正交试验方法设计试验组次,针对整体滑坡体与散体滑坡体进行了滑坡涌浪物理模型试验研究;通过极差分析与方差分析得到了首浪高度随各因素的变化规律;通过量纲分析与回归分析给出了整体滑坡体的首浪高度经验公式,并与散体滑坡体首浪高度经验公式进行了比较。研究成果可为滑坡体的致灾预测预警提供科学依据。     

库岸滑坡涌浪首浪高度试验研究

滑坡体的几何特征以及滑坡发生的空间特征直接影响滑坡入水时涌浪的产生及其传播情况,而首浪高度是滑坡涌浪灾害评估的重要指标。为探究各滑坡特征因素对首浪高度的影响规律,使用弯曲河道型水库物理模型进行了试验研究。分析滑坡涌浪的影响因素,利用正交试验法拟定试验方案测得首浪高度数据,然后对试验结果进行方差和极差分析,再结合已有计算公式得到首浪高度的无量纲计算公式,采用多元线性回归方法分别进行线性函数、幂函数、指数函数的公式拟合,并以龚家方滑坡为例验证了公式的准确性。结果表明:河道水深和滑坡体厚度对首浪高度影响最为显著;幂函数形式的首浪高度经验公式拟合程度最好;将滑坡体形状概化为偏长形的长方体时,运用经验公式计算的结果更为准确。研究成果可供滑坡涌浪灾害治理及预防研究参考。